Bibliografia
ATKINS, Peter, JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna
54
e o meio ambiente. 1 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 1042p.
A874p
RUSSELL, John B. Química Geral. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 969p (2
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volumes).
R964q
BACAN, Nivaldo. Introdução à semimicroanálise qualitativa. Campinas: Editora Unicamp. VOGEL, Arthur I. Química analítica qualitativa. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou,
543
1981.
V878q Sexto roteiro de estudos
Soluções Tampão
1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo
HSO4- + OH-
SO4-2 + H2O
com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry.
ácido
base
Para Arrhenius ácido é toda espécie química que se
4. Em relação a um sistema tampão formado por
ioniza em solução aquosa liberando íons H+ e base é toda espécie aquosa que se dissocia em solução
ácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH da solução tampão cuja concentração de ácido cloroso
aquosa liberando íons OH-.
é igual a 0,0200 mol L-1 e a de clorito de sódio é
Para Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie química
igual a 0,0100 mol L-1. (Ka = 1,0 x 10 -2)
base
ácido
que libera (doa) íons H+ (próton) em reação química e base é toda espécie química que recebe os íons H+
pka pka −logka −log(1,0x10−2 ) −(−2,0) 2,0 =
liberado pelo ácido. 2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio, sulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio em água. Indique quais espécies químicas são ácidos de Brönsted e quais são bases de Brönsted.
=
=
=
[base conjugada] [acido fraco] [NaClO] pH = pka + log [HClO] pH = pKa + log
⎛ 0,0100 ⎞ ⎟ ⎝ 0,0200 ⎠
pH = 2,00 + log⎜
pH = 2,00 + log(0,50)
HCN + H2O ácido
base
NH3 + H2O base
ácido
H2S + H2O
pH = 2,00 + (−0,30)
H3O+ + CNácido
pH = 2,00 − 0,30
base
pH = 1,70
NH4+ + OHácido
base 5. Considerando o tampão básico amônia/íon
H3O+ + HS-
ácido base ácido base CH3NH2 + H2O CH3NH3+ + OHbase
ácido
ácido
base
amônio NH3 /NH /NH4+, explique porque a adição de uma pequena quantidade de ácido e/ou de base não causa uma grande alteração do pH do sistema? Considerando o tampão mencionado acima, qual
3 “A diferença entre um ácido e uma base conjugada é apenas um próton.” Escreva dois exemplos de
reações químicas que comprovem esta afirmação. HCO3- + H3O+
H2CO3 + H2O
base
ácido
ácido
base
espécie atua como ácido e qual atua como base de Brönsted? Justifique. Os íons H+ adicionados reagem com o NH3 transformando-o em NH4+. Com isto os íons H+ são removidos da solução e não influem no valor do pH.
Os íons OH- adicionados reagem com o NH4+ transformando-o em NH3 e H 2O. Com isto os íons OH-
pH = 14 – pOH = 14 – 4,88 = 9,12
são removidos da solução e não influem no valor do pH.
8. Qual dos sistemas tamponantes abaixo seria uma boa escolha para preparar um tampão?
6. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio
a) com pH = 5
(NH4OH/NH4+), deduzir a expressão Henderson-
b) com pH = 10
Hasselbalch que permite calcular o valor do pH do
c) com pH = 7
±
±
1 1
±
1
sistema nas diferentes concentrações de ácido e base adicionados ao tampão.
pKa CH3COOH/CH3COO
kb =
HNO2 /NO2-
NH4+ + OH-
NH3 + H2O
HClO2 /ClO2
[produtos] [reagentes]
+
[NH4 ]
=
[OH− ] = kb.
4,75
NH4 /NH3
3,37
(CH3)3NH+ /(CH3)3N
2,00
-
H2PO4 /HPO4
9,25 2-
dos itens, por exemplo para o item (a) pka deve
[OH− ]
apresentar um valor
[NH3 ]
situado entre 4,0 e 6,0,
portanto ácido acético/acetato
+
[NH4 ] Resp: (a) CH3COOH/CH3COO-
+
− log[OH− ] = −logkb − log pOH = pKb = log
(b) (CH3)3NH+/(CH3)3N
[NH3 ]
(c) H2PO4-/HPO42-
+
[NH4 ]
[NH3 ]
9. Calcular a razão das concentrações, em mol L -1,
+
[NH4 ]
de íons acetato e ácido acético necessária para
+
[NH4 ] pOH = pkb + log [NH3 ]
tamponar uma solução com pH 5,25. (pk a do ácido acético é 4,75)
pH = 14 – pOH
concentração de NH4Cl é 0,0400 mol L -1 e a de NH3 é 0,0300 mol L-1. (Kb = 1,75 x 10-5) −logkb
=
[base conjugada] [acido fraco] [acetato] pH = pka + log [ácido acético] [acetato] 5,25 = 4,75 + log [ácido acético] [acetato] 5,25 − 4,75 = log [ácido acético] [acetato] 0,50 = log [ácido acético] [acetato] 100,50 = [ácido acético] [acetato] 3,16 = [ácido acético] [acetato] = 3,16 [ácido acético] pH = pKa + log
7. Calcule o valor do pH da solução tampão cuja
=
7,21
situado dentro do intervalo mencionado em cada um
⎛ [NH3 ] ⎞ ⎟ − log[OH− ] = −log⎜⎜ kb. ⎟ [NH ] 4 ⎝ ⎠
pkb
9,81
apresenta um valor de pka ou pkb cujo valor está
+
[NH3 ]
pKb +
A melhor escolha corresponde à solução tampão que
[NH4 ].[OH- ] kb = [NH3 ] kb.
-
-
−log(1,75x10−5 ) −(−4,76) 4,76 =
[ácido conjugada] [base fraca] [NH4Cl] pOH = pka + log [NH3 ] pOH = pKb + log
⎛ 0,0400 ⎞ pOH = 4,76 + log⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ 0,0300 ⎠ pOH = 4,76 + log(1,333) pOH = 4,76 + (+0,12) pOH = 4,76 + 0,12 pOH = 4,88
=
10. Em relação a um sistema tampão pede-se:
a) Qual a razão entre as concentrações do ácido
b)
acético e do acetato de sódio necessária para
pkb
preparar um tampão cujo pH seja igual a 5,60? (dado Ka CH3COOH = 1,75 x 10-5) [base conjugada] [acido fraco] [acetato] pH = pka + log [ácido acético] [acetato] 5,60 = 4,75 + log [ácido acético] [acetato] 5,60 − 4,75 = log [ácido acético] [acetato] 0,85 = log [ácido acético] [acetato] 100,85 = [ácido acético] [acetato] 7,08 = [ácido acético] [ácido acetico] = 0,141 [acetato] pH = pKa + log
=
−logkb
=
−log(1,75x10−5 )
=
−(−4,76) 4,76 =
[ácido conjugada] [base fraca] [NH4Cl] pOH = pka + log [NH3 ] pOH = pKb + log
⎛ 0,180 ⎞ pOH = 4,76 + log⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ 0,240 ⎠ pOH = 4,76 + log(0,75) pOH = 4,76 + (−0,12) pOH = 4,76 − 0,12 pOH = 4,64
pH = 14 – pOH = 14 – 4,64 = 9,36 c) [H ] = 10−pH = 10−9,36 +
=
4,36x10−10 mol/L
12. Calcule a concentração de íons H+ e o pH de uma solução preparada com volumes iguais de ácido acéti-co 0,200 mol L-1 e acetato de sódio 0,150 mol
b) Como é definida a eficiência de um tampão? O
L-1. (ka do ácido acético: 1,75 x 10-5)
tampão acima está dentro da faixa de eficiência? pka
Intervalo de variação de pH na qual o tampão consegue remover os íons hidrônio e hidroxila da solução. Esta faixa corresponde a uma unidade de pH acima ou abaixo do valor de pKa (pKa±1,0). O pH de 5,60 está dentro da faixa de eficiência do tampão pois está nesse intervalo de variação de pH 11. Um tampão foi preparado misturando-se 400 mL de uma solução de NH3 0,600 mol L-1 e 600 mL de
=
−logka
=
−log(1,75x10−5 ) −(−4,76) 4,76 =
=
[base conjugada] [acido fraco] [acetato de sódio] pH = pka + log [ácido acético] [0,150] pH = 4,76 + log [0,200] pH = 4,76 + log(0,75) pH = 4,76 + (−0,12) pH = 4,76 − 0,12 pH = 4,64 pH = pKa + log
uma solução de NH4Cl 0,300 mol L-1. a) Calcule a concentração das espécies em solução
[H ] = 10−pH = 10 −4,64 +
=
2,29x10 −5 mol/L
admitindo que o volume final é de 1000 mL; b) Qual valor do pH deste tampão? (Kb = 1,75 x 10-5)
13. Calcule o pH de uma solução tampão preparada
c) Qual será o valor do pH, após a adição de 0,0200
a partir de CH3NH2(aq) 0,300 mol L-1 e CH3NH3Cl(aq)
mols de íons H+?
0,146 mol L-1 (kb do CH3NH2 é 3,6 x 10 -4)
a) Inicialmente é necessário realizar a diluição da base e do ácido conjugado utilizando a expressão de diluição Mi.Vi = Mf.Vf, na qual o volume final é 1000 mL para os dois casos. Realizando a diluição obtém se para as duas espécies os valores: [NH3] = 0,240 mol/L [NH4Cl] = 0,180 mol/L
pkb
=
−logkb
=
−log(3,6x10−4 ) −(−3,44) 3,44 =
=
[ácido conjugada] pOH = pKb + log [base fraca] [CH3NH3Cl] pOH = pkb + log [CH3NH2 ]
pka
=
−logka
=
−log(1,75x10−5 ) −(−4,76) 4,76 =
=
[base conjugada] [acido fraco] [acetato de sódio] pH = pka + log [ácido acético] [1,02] pH = 4,76 + log [0,98] pH = 4,76 + log(1,04) pH = 4,76 + (+0,02) pH = 4,76 + 0,02 pH = 4,78 pH = pKa + log
⎛ 0,146 ⎞ pOH = 3,44 + log⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ 0,300 ⎠ pOH = 3,44 + log(0,487) pOH = 3,44 + (-0,31) pOH = 3,44 − 0,31 pOH = 3,13
pH = 14 – pOH = 14 – 3,13 = 10,87 c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.
14. (a) Qual o valor do pH após a adição de 0,0500 mol de H+ a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato
15. Calcule a relação [H2PO4 ]/[HPO42 ] no sangue
na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH) e íon acetato (H3CCOO ) são iguais a 1,00 mol L-1 (Ka
cujo valor do pH é 7,4. (pka NaH 2PO4 = 7,2)
⎯
⎯
⎯
para ácido acético é 1,8x10-5)? (b) Qual o valor do pH após a adição de 0,0100 mol
[base conjugada] [acido fraco]
de OH a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato
[HPO4 ]
pH = pKa + log
⎯
2-
pH = pka + log
na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH) -1
e íon acetato (H3CCOO ) são iguais a 1,00 mol L (Ka ⎯
-
[H2PO4 ] 2-
7,4 = 7,2 + log
-5
para ácido acético é 1,8x10 )?
[HPO4 ] -
[H2PO4 ] 2-
(c) Após a adição de ácido (item a) ou de base (item b) o tampão ainda permanece na região tamponan-
7,4 - 7,2 = log
te? Justifique.
0,2 = log
a)
[HPO4 ] -
[H2PO4 ] 2-
[HPO4 ] -
[H2PO4 ] 2-
0,2
Ácido acético 1,00 + 0,10 1,10
acetato 1,00 - 0,10 0,90
10
=
1,58
=
[HPO4 ] -
[H2PO4 ] 2-
[HPO4 ] -
[H2PO4 ] -
pka
=
−logka
=
−5
−log(1,75x10 ) −(−4,76) 4,76 =
[base conjugada] [acido fraco] [acetato de sódio] pH = pka + log [ácido acético] [0,90] pH = 4,76 + log [1,10] pH = 4,76 + log(0,82) pH = 4,76 + (−0,09) pH = 4,76 - 0,09 pH = 4,67
=
[H2PO4 ] -2
[HPO4 ]
=
0,631
pH = pKa + log
b) Ácido acético 1,00 - 0,02 0,98
acetato 1,00 + 0,02 1,02
16. Qual seria a concentração final de H3O+ se 0,100 mol de NaHSO4 (Ka = 1,0 x 10-2) e 0,150 mol de Na2SO4 fossem dissolvidos em 1 litro de H2O? pka
=
−logka
=
pH = pKa + log
−log(1,0x10−2 )
[Na2SO4 ] [NaHSO4 ]
⎛ 0,150 ⎞ pH = 2,00 + log ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ 0,100 ⎠ pH = 2,00 + log(1,50) pH = 2,00 + (+0,18) pH = 2,18
=
−(−2,00) 2,00 =
[H ] = 10−pH +
=
10−4,64
=
6,61x10−3 mol/L
17. Compare o efeito no pH da adição de 0,200 mol L 1
[base conjugada] [acido fraco] [formiato] pH = pka + log [ácido fórmico] [1,70] pH = 3,74 + log [1,30] pH = 3,74 + log(1,31) pH = 3,74 + (+0,12) pH = 3,74 + 0,12 pH = 3,86 pH = pKa + log
de H+ e adição de 0,200 mol L -1 de OH a 1,00 litro ⎯
de: a) água pura; b) tampão ácido fórmico-formiato na qual as concentrações de ácido fórmico (HCOOH) e íon formiato (HCOO ) são iguais a 1,50 mol L -1 (Ka para ⎯
ácido fórmico é 1,8 x 10-4)
18. Um volume de 1000 mL de uma solução tampão formada por CH3COOH 0,150 mol L-1 e CH3COONa
a) em água pura:
0,250 mol L-1: a) Qual é o pH da solução tampão?
pH = - log [H+] = - log (0,2) – 0,70
b) Qual é o pH da solução resultante após a adição de 30 x 10 -2 mols de NaOH na solução tampão?
pOH = - log [OH-] = - log (0,2) – 0,70
c) Qual é o pH da solução resultante após a adição
pH = 13,30
de 60 x 10 -2 mols de HNO3 à solução tampão inicial? Considere que não houve variação de volume.
b) adição de ácido: Ácido fórmico 1,50 + 0,20 1,70 pka
=
−logka
Resp. (a) pH = 4,98;
formiato 1,50 - 0,20 1,30 =
−log(1,80x10−4 )
(b) pH = 5,10; (c) pH = 4,78
=
[base conjugada] [acido fraco] [formiato] pH = pka + log [ácido fórmico] [1,30] pH = 3,74 + log [1,70] pH = 3,74 + log(0,76) pH = 3,74 + (−0,12) pH = 3,74 - 0,12 pH = 3,62 pH = pKa + log
Adição de base Ácido fórmico 1,50 - 0,20 1,30
formiato 1,50 + 0,20 1,70
−(−3,74) 3,74 =
a) Ácido acético 1,00 + 0,10 1,10 pka
=
−logka
acetato 1,00 - 0,10 0,90 =
−log(1,75x10−5 ) −(−4,76) 4,76 =
=
[base conjugada] [acido fraco] [acetato de sódio] pH = pka + log [ácido acético] [0,90] pH = 4,76 + log [1,10] pH = 4,76 + log(0,82) pH = 4,76 + (−0,09) pH = 4,76 - 0,09 pH = 4,67 pH = pKa + log
b) Ácido acético 1,00 - 0,02 0,98 pka
=
−logka
acetato 1,00 + 0,02 1,02 =
−log(1,75x10−5 ) −(−4,76) 4,76 =
=
[base conjugada] [acido fraco] [acetato de sódio] pH = pka + log [ácido acético] [1,02] pH = 4,76 + log [0,98] pH = 4,76 + log(1,04) pH = 4,76 + (+0,02) pH = 4,76 + 0,02 pH = 4,78 pH = pKa + log
c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.
